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SURFACE DE RÉVOLUTION
Surface
of revolution (or rotation surface), Drehfläche (oder Rotationsfläche)
Nota : les fonctions notées f qui suivent
ne sont pas identiques !
Équation cartésienne générale des surfaces de révolution d’axe dirigé par (a, b, c) : . Équation cartésienne générale des surfaces de révolution d’axe Oz : . Équation cylindrique : . Équation sphérique : . Équation aux dérivées partielles : . Paramétrisation cartésienne : (génératrice ). En particulier pour une génératrice plane : (). Dans ce dernier cas : Première forme quadratique fondamentale : . Elément d’aire : . Deuxième forme quadratique fondamentale : . Courbure méridienne : ; courbure parallèle : , où N est la normale à la courbe par rapport à l'axe Oz ; remarquer . Courbure de Gauss : ; courbure moyenne : . Les lignes de courbure sont les méridiennes et les parallèles (). Les lignes asymptotiques ont pour équation cylindrique : . Les géodésiques ont pour équation cylindrique : (voir des compléments à la page géodésiques). Théorèmes de Guldin : L'aire de la surface de révolution engendrée par la rotation d'un arc de courbe plane autour d'un axe de son plan ne traversant pas l'arc de courbe est égale à où l est la longueur de l'arc de courbe et d la distance du centre de gravité de l'arc à l'axe. Le volume du solide de révolution engendré
par la rotation d'un domaine plan autour d'un axe de son plan ne traversant
pas le domaine est égal à
où S est l'aire du domaine et d la distance du centre
de gravité du domaine à l'axe.
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Une surface de révolution est une surface
globalement invariante par toute rotation autour d’une droite fixe appelée
axe
de révolution.
La rotation d’une courbe (appelée génératrice)
autour d’une droite fixe engendre une surface de révolution.
Les sections d’une surface de révolution par des
demi-plans bordés par l’axe de révolution, appelées
méridiennes,
en sont des génératrices particulières.
Les sections par des plans perpendiculaires à
l’axe sont des cercles appelés parallèles de la surface
(une surface de révolution est donc une surface cerclée).
On peut aussi définir les surfaces de révolution comme les tubes à section variable dont l'âme est rectiligne, ou comme les enveloppes de sphères dont les centres sont alignés.
Une surface est une portion de surface de révolution ssi la normale en tout point rencontre ou est parallèle à une droite fixe (qui est l'axe de révolution).
Exemples :
- le plan
- les quadriques de révolution : cylindre
de révolution, cône
de révolution, sphère,
ellipsoïde
de révolution, hyperboloïdes (H1
et H2)
de révolution, paraboloïde
de révolution
- le tore
- le caténoïde,
l’onduloïde,
le nodoïde, cas particulier
des surfaces de Delaunay (courbure
moyenne constante)
- la pseudo-sphère
- les surfaces
de révolution à courbure totale constante
- les surfaces
de révolution aux courbures propotionnelles
- la révolution
de la sinusoïde
- la goutte
d'eau pendante
- la trompette
de Gabriel
- la tour
à pression constante
- la surface du solide
d'attraction maximale
-
les surfaces de révolution
du huit
- la poire de
Tannery
- l'oeuf
double 3D.
Voici un classement suivant la nature de la génératrice
:
Génératrice | Axe | Surface de révolution |
droite | droite orthogonale | plan |
droite | droite sécante | cône de révolution |
droite | droite parallèle | cylindre de révolution |
droite | droite non coplanaire | hyperboloïde de révolution à une nappe |
cercle | diamètre du cercle | sphère |
cercle | dans le plan du cercle | tore (les cercles générateurs en sont les méridiens) |
cercle | rencontrant l'axe du cercle | portion de sphère |
cercle | Oz | tore (les cercles générateurs en sont les cercles de Villarceau) |
ellipse | axe de l’ellipse | ellipsoïde de révolution |
parabole | axe de la parabole | paraboloïde de révolution |
hyperbole | axe non focal | hyperboloïde de révolution à une nappe |
hyperbole | axe focal | hyperboloïde de révolution à deux nappes |
hyperbole équilatère | asymptote | trompette de gabriel |
chaînette | base | caténoïde |
roulette de Delaunay | base | onduloïde et nodoïde |
tractrice | asymptote | pseudo-sphère |
logarithmique | asymptote | tour à pression constante |
sinusoïde | axe de translation | révolution de la sinusoïde |
Animation montrant la déformation de la surface de révolution engendrée par la rotation d'un cercle autour d'un axe, partant d'un tore (engendré par ses cercles de Villarceau), passant par une demi-sphère, et arrivant sur un tore. |
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Cubique de révolution d'équation ; sa méridienne est étudiée sur la page de la courbe d'Agnesi. |
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© Robert FERRÉOL Alain ESCULIER 2022